JP4385656B2 - 液体噴射ヘッド、及び、その製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッド、及び、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、画像記録装置用の記録ヘッドや製造装置用の噴射ヘッドが提供されている。記録ヘッドを有する画像記録装置としては、インクジェット式プリンタ、インクジェット式プロッタ、ファクシミリ装置が提供されている。また、噴射ヘッドを有する製造装置としては、液晶ディスプレー等のカラーフィルタを製造するディスプレー製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレーやＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置等が提供されている。そして、上記の画像記録装置では記録ヘッドから液状のインクを吐出し、ディスプレー製造装置では色材噴射ヘッドからＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極製造装置では電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置では生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を吐出する。
【０００３】
このような液体噴射ヘッドは、圧力発生素子の作動に伴う液体の圧力変動を利用して液滴を吐出させるので、圧力発生素子の状態変化を効率よく液体に伝達することが求められる。このため、従来の液体噴射ヘッドの圧力室としては、例えば、一端が液体供給口を通じてリザーバに連通された浅溝部と、液体供給口から遠い側の浅溝部先端からノズル開口まで板厚方向に貫通する貫通孔部とからなる断面倒Ｌ字形状のものが提案されている（例えば、特許文献１）。
この液体噴射ヘッドでは、圧力発生素子の作動によって浅溝部内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズル開口から液滴を吐出させる。このＬ字形状の圧力室は、例えば、１４１μｍ間隔（即ち、ノズル開口で１８０ｄｐｉ相当）で形成されていた。これに伴い、圧力室の幅は１１０μｍ、隣り合う圧力室同士を区画する流路隔壁の幅は３１μｍ、流路隔壁の高さ（浅溝部の深さ）は５０〜１００μｍにそれぞれ設定されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３２７９０９号公報（第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の液体噴射装置では、ノズル開口をより高密度化することが求められている。ここで、単にピッチを半分にすると（例えば、ノズル開口を３６０ｄｐｉ相当に設けると）、圧力室の幅や流路隔壁の幅が半分になる。そして、流路隔壁の厚みが半分になると剛性が大幅に低下するため、流路隔壁が圧力室内の液体圧力で変形してしまう可能性が高くなる。流路隔壁が変形してしまうと、隣の圧力室内の液体に圧力変動が生じ、インク滴の吐出特性がずれてしまう虞がある。即ち、隣接するノズル開口の吐出状態に応じて、注目するノズル開口の吐出特性が異なる現象（いわゆる隣接クロストーク）が生じ得る。この隣接クロストーク現象が顕著に現れると、非吐出のノズル開口であるにも拘わらず、隣接する圧力室の影響によってインク滴が吐出してしまういわゆるミスファイヤー現象が生じてしまう。
【０００６】
上記の問題を防止すべく、流路隔壁の高さを従来よりも低くして剛性を高めることが考えられるが、この場合には、圧力室のイナータンスや流路抵抗が増加してしまう。これにより、液体に対する圧力伝達効率が損なわれたり、液滴吐出後における液体の圧力室への充填が遅れて吐出周波数が低下してしまったりする。また、流路隔壁の幅を厚くすることも考えられるが、圧力室の一部を区画する弾性板の面積が不足することとなり、必要な圧力を得るためには圧力室に対する駆動電圧をより高く設定する等の対応が必要となる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズル開口の形成ピッチを従来より高密度化しても、流路隔壁の剛性を確保でき、且つ、圧力室の流路抵抗を低減できる液体噴射ヘッド、及び、その製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、圧力室となる圧力室空部を、隔壁を挟んで複数列設してなる流路基板と、
前記流路基板の一方の面に接合され、前記圧力室空部における一側の開口を塞ぐ封止板と、
前記封止板とは反対側の面に個々の圧力室空部に対応して設けられ、該圧力室空部内に臨む状態で形成されたノズル開口と、
前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子とを有し、
前記圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用することで、前記ノズル開口から液滴を吐出可能に構成した液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力室空部は、圧力室の全長に亘って形成されて、その一端が液体供給口を介してリザーバに連通された浅溝部と、前記流路基板を貫通して前記浅溝部とノズル開口との間を連通する貫通孔部とを有し、
該貫通孔部を、前記液体供給口とは反対側の浅溝部先端側と前記ノズル開口との間を連通する第１貫通孔部と、前記液体供給口側の浅溝部基端側と前記ノズル開口との間を連通する第２貫通孔部とから構成し、
前記第２貫通孔部を流路基板の厚さ方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部としたことを特徴とする。
【０００９】
この発明において、前記第１貫通孔部は、流路基板の厚さ方向に延在する垂直貫通孔部としてもよく、前記第２貫通孔部とは反対向きであって流路基板の厚さ方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部としてもよい。また、前記圧力発生素子としては圧電振動子が好ましく、前記流路基板としてはシリコン単結晶板が好ましい。
【００１０】
これらの発明によれば、第２貫通孔部が浅溝部基端側とノズル開口との間を連通するので、浅溝部の深さを従来よりも低くして剛性を高めても、イナータンスや流路抵抗を適度な範囲に設定できる。これにより、ノズル開口や圧力室を高密度化しても、流路隔壁の変形に伴う隣接クロストークを防止でき、所望の吐出特性を得ることができる。例えば、液滴の吐出周波数を従来と同程度以上にすることができる。さらに、第２貫通孔部が流路基板の厚さ方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部であるので、第２貫通孔部の流路長を最も短くすることができ、この点でもイナータンスや流路抵抗を小さくすることができる。
【００１１】
上記発明において、前記流路基板は、前記浅溝部を形成する浅溝部基板と、前記貫通孔部を形成する貫通孔基板とを含む複数の基板で構成されていることが好ましい。
この発明によれば、浅溝部基板と貫通孔基板とを別個に作製できるので、製造の自由度を高めることができる。また、浅溝部基板と貫通孔基板とを異なる素材で作製することも可能となる。そして、異なる素材で作製すると、加工性や用途に応じて最適な素材を選択することもできる。例えば、浅溝部基板に関しては加工性の良い金属板を用い、貫通孔基板に関しては寸法精度の良いシリコン単結晶板を用いることができる。
【００１２】
上記発明において、前記貫通孔部の幅は、前記浅溝部の幅より狭く設定する構成が好ましい。
この発明によれば、隣り合う貫通孔部同士に挟まれた壁部に関し、その厚さを必要十分に確保することができる。これにより、当該壁部の剛性が確保でき、液滴の吐出特性を安定化できる。
【００１３】
上記発明において、前記貫通孔部の高さを前記浅溝部の高さよりも高く設定する構成が好ましい。
この発明によれば、流路基板の厚さ方向における貫通孔部の割合が浅溝部の割合よりも多くなり、流路基板の剛性を高めることができる。
【００１４】
上記発明において、前記第１貫通孔部の流路抵抗を前記第２貫通孔部の流路抵抗よりも小さく設定する構成が好ましい。この場合において、前記第２貫通孔部の幅を前記第１貫通孔部の幅よりも狭く設定する構成が好ましい。
これらの発明によれば、液体の吸引時などにおいて、圧力室内を流れる液体の流量に関し、第１貫通孔部の流量が第２貫通孔部の流量よりも多くなる。これにより、万一、圧力室内に気泡が混入したとしても、この気泡を確実に排除できる。即ち、液体が淀み易い浅溝部先端に連通する第１貫通孔部の流量が第２貫通孔部の流量よりも多くなるので、圧力室全体から見て液体の淀みを少なくすることができ、気泡を確実に排出することができる。
【００１５】
上記発明において、前記第１貫通孔部のイナータンスと前記第２貫通孔部のイナータンスとを揃える構成としてもよい。
この発明によれば、液滴の吐出時において第１貫通孔部を流れる液体の流量と第２貫通孔部を流れる液体の流量とが揃う。このため、液体の流れが円滑になり、液体の吐出効率を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る製造方法は、流路基板となるシリコン単結晶板に異なる２方向からレーザービームを照射することで、前記第１貫通孔部に対応する第１の先孔と、前記第２貫通孔部に対応する第２の先孔を形成する先孔形成工程と、
該第１の先孔及び第２の先孔が形成されたシリコン単結晶板をエッチング加工することで第１貫通孔部及び第２貫通孔部を形成する貫通孔部形成工程とを経ることを特徴とする。
このように先孔を開けた後にエッチング加工することで、シリコン単結晶板であっても、板厚方向を斜めに貫通する孔を確実に形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（即ち、本発明における液体の一種である液体状のインクをインク滴として吐出させるもの。以下、記録ヘッドという。）を例に挙げて行う。
【００１８】
まず、図１〜図３に基づき、記録ヘッド１の全体構成について説明する。ここで、図１は記録ヘッド１の内部構造を説明する断面図、図２は流路ユニット２の一部分を島部３側から見た平面図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図である。例示した記録ヘッド１は、ケース４と、このケース４内に収納固定される振動子ユニット５と、ケース４の先端面に接合される流路ユニット２とから概略構成される。ケース４は、内部に振動子ユニット５を収納可能な収納空部６を形成したブロック状であり、例えば、エポキシ樹脂等の成型性が良好な樹脂によって作製される。上記の収納空部６は、ケース先端面（図１における下面）からケース４の内部を貫通して反対側の取付面（同上面）に開口した扁平な空部である。この収納空部６内であって高さ方向の途中には、振動子ユニット５の固定板７が当接される段部を形成してある。
【００１９】
上記の振動子ユニット５は、複数の圧電振動子８と、これらの圧電振動子８が接合される固定板７等から構成される。圧電振動子８は、一枚の圧電板を歯割りすることで作製された櫛歯状であり、列状に形成される。この圧電振動子８は、本発明における圧力発生素子の一種であり、供給される駆動信号の電圧に応じて変形する素子（圧電素子）である。即ち、例示した圧電振動子８は、圧電体層と電極層とを交互に配置した積層タイプであって、充電によって素子長手方向（積層方向と直交する方向）に伸縮し、放電によって素子長手方向に伸長する縦振動モードである。この圧電振動子８は、極めて細い幅に切り分けられ、例えば９０本〜１８０本程度設けられる。本実施形態では３５μｍ前後の幅に切り分けられている。これは、インク滴を吐出するノズル開口の形成ピッチが７０μｍ間隔（３６０ｄｐｉ相当）と、従来の半分になっていることによる。
【００２０】
各圧電振動子８は、固定端部を固定板７の表面に接合することで、自由端部を固定板７の縁よりも外側に突出させている。即ち、各圧電振動子８は、所謂片持ち梁の状態で固定板７上に支持されている。また、各圧電振動子８を支持する固定板７は、圧電振動子８からの反力を受け止め得る剛性を備えた板状部材であり、本実施形態では厚さ１ｍｍ程度のステンレス板によって構成している。
【００２１】
上記の流路ユニット２は、その内部に、共通インク室としてのリザーバ１１と、インク（液体状のインク）に圧力を付与する圧力室１２と、リザーバ１１と圧力室１２とを連通するインク供給口１３（本発明の液体供給口の一種）と、インク滴が吐出するノズル開口１４等を備える。そして、インク供給口１３から圧力室１２を通ってノズル開口１４に至るインク流路を、圧力室１２に対応した複数有している。本実施形態では、この流路ユニット２を、圧力室１２となる圧力室空部１５及びリザーバ１１となるリザーバ空部１６を有する流路基板１７と、この流路基板１７の一方の面に接合されて圧力室空部１５やリザーバ空部１６における一側の開口を塞ぐ弾性板１８（本発明の封止板の一種）と、弾性板１８とは反対側となる流路基板１７の他方の面に接合され、複数のノズル開口１４が形成されたノズルプレート１９とから構成している。
【００２２】
上記の流路基板１７は、例えば、シリコンウェハ（シリコンの単結晶板）をエッチング加工することで作製される。即ち、上記の圧力室空部１５、インク供給口１３、及び、リザーバ空部１６等は、エッチング加工によって作製される。そして、圧力室空部１５は、浅溝部２０と貫通孔部２１とから構成される。浅溝部２０は、ノズル開口１４の列（ノズル列）の形成方向とは直交する方向に細長く、その一端がインク供給口１３を介してリザーバ空部１６に連通された扁平な奥部である。貫通孔部２１は、流路基板１７を貫通して浅溝部２０とノズル開口１４との間を連通する部分であり、第１貫通孔部２２と第２貫通孔部２３とから構成される。なお、この流路基板１７については後で詳細に説明する。
【００２３】
上記の弾性板１８は、圧力室空部１５の浅溝部側開口、及び、リザーバ空部１６の一方の開口を封止する部材であり、本実施形態では樹脂フィルム２４をステンレス板にラミネートした複合板材を用いている。詳しくは、ステンレス板における圧力室空部１５の部分を選択的に除去することで樹脂フィルム２４だけの弾性部（薄肉部）と、島部３（厚肉部）とを設けている。そして、島部３の表面には圧電振動子８の先端面を接合している。このため、圧電振動子８が伸縮すると島部３は圧力室１２内（ノズルプレート１９側）に移動し、圧力室１２が収縮する。一方、圧電振動子８が収縮すると、島部３は圧力室１２から離隔する方向に移動し、圧力室１２が膨張する。
【００２４】
上記のノズルプレート１９は、複数のノズル開口１４が列状に形成された薄手の板材であり、本実施形態ではステンレス板によって作製している。このノズルプレート１９は、弾性板１８とは反対側の流路基板表面に接合されており、この接合状態において、各ノズル開口１４が対応する圧力室空部１５（詳しくは、貫通孔部２１）に臨む。また、このノズルプレート１９によってリザーバ空部１６の他方の開口が封止される。
【００２５】
上記構成の記録ヘッド１では、インクカートリッジ等のインク供給源から供給されたインクは一旦リザーバ１１に貯留され、その後、インク供給口１３を通じて圧力室１２内に導入される。圧力室１２内に導入されたインクは、圧電振動子８の作動によってノズル開口１４からインク滴となって吐出される。即ち、この記録ヘッド１は、圧力室１２の膨張や収縮に伴って生じたインクの圧力変動を利用してインク滴を吐出させる。
【００２６】
ところで、本実施形態のように、３６０ｄｐｉ程度の高解像度になると、上記の圧力室空部１５を７０μｍ間隔で形成する必要がある。この場合、隣り合う浅溝部２０同士を区画する流路隔壁２５が１５μｍ〜１６μｍと極めて薄くなってしまう。この薄さで圧力発生時（圧力室１２の膨張時や収縮時）における変形を防止しようとすると、たとえシリコン単結晶板であっても、その高さを５０μｍ以下に設定することが必要となる。そして、流路隔壁２５の高さは浅溝部２０の深さと同じであるため、５０μｍ以下に設定すると従来のＬ字状圧力室では浅溝部におけるイナータンスや流路抵抗が過度に大きくなり、インク滴の吐出に支障を来してしまう。勿論、この問題は、解像度を３６０ｄｐｉよりも高くした場合においても同様に生じうる。
【００２７】
この点に鑑み、この記録ヘッド１では、浅溝部２０とノズル開口１４の間を連通する貫通孔部２１に関し、浅溝部２０の先端側とノズル開口１４との間を連通する第１貫通孔部２２と、浅溝部２０の供給側端部（浅溝部基端側）とノズル開口１４との間を連通する第２貫通孔部２３とから構成している。そして、本実施形態では、第１貫通孔部２２を流路基板１７の板厚方向に形成した垂直貫通孔部として構成する一方、第２貫通孔部２３を板厚方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部として構成している。以下、この点を中心に、流路基板１７について詳細に説明する。
【００２８】
ここで、図４は、流路基板１７の一部分を浅溝部２０側から見た平面図、図５は、図４におけるＢ−Ｂ断面図、図６は、図５におけるＣ−Ｃ断面図である。これらの図に示すように、浅溝部２０は、平面から見て横に細長い平行四辺形状の窪部によって構成され、圧力室１２の全長に亘って形成される。このように、平行四辺形状の空部となっているのは、流路基板１７をシリコン単結晶板（例えば、厚さ３３０μｍのシリコンウェハ）を異方性エッチングすることで作製していることによる。即ち、このエッチング加工では、窪部の各面はシリコンの結晶面によって区画されるので、結晶面の角度で形状が定まる。このため、図４の例では、浅溝部２０を区画する平行四辺形状の壁部に関し、長辺部分がＹ方向（圧力室長手方向）と平行に形成され、短辺部分はＸ方向（圧力室長手方向Ｙと直交する方向，ノズル列方向）に対して時計回り方向に３５度傾斜して形成される。また、この浅溝部２０は、全長Ｌ２０（Ｙ方向の長さ）が５００μｍであり、幅Ｗ２０が５５μｍである。ここで、幅Ｗ２０を５５μｍに設定したのは、弾性板１８の変形量との兼ね合いによる。即ち、所要量のインク滴を吐出させるために最低限必要な幅として５５μｍに設定している。
【００２９】
浅溝部２０同士を区画する流路隔壁２５は、本実施形態ではその幅（厚さ）Ｗ２５が１５．５μｍに設定されている。流路隔壁２５の幅Ｗ２５は、圧力室１２（ノズル開口１４）の形成ピッチと浅溝部２０の幅によって規定される。即ち、本実施形態では、圧力室１２を約７０μｍ間隔で作製するが、上記したように浅溝部２０の幅Ｗ２０は５５μｍに設定される。このため、流路隔壁２５の幅Ｗ２５が１５．５μｍに定まる。また、この流路隔壁２５の高さＨ２５（浅溝部２０の深さ）は３０μｍに設定されている。流路隔壁２５の高さＨ２５は、圧力室１２内のインク圧力によって過度な変形が生じない範囲で可及的に高く設定されるが、貫通孔部２１の高さＨ２１よりも低く設定することが好ましい。このように設定すると、流路基板１７の厚さ方向において、貫通孔部２１の占める割合が浅溝部２０の占める割合よりも多くなり、流路基板全体としてその剛性を高めることができるからである。
【００３０】
また、この流路隔壁２５において、浅溝部２０よりもリザーバ空部１６側の部分は、その一部が隣の流路隔壁２５に向かって台形状に突出しており、この台形状の突出部２６によってインク供給口１３が区画形成される。このインク供給口１３は、台形の上底部分によって区画される狭窄部２７と、この狭窄部２７よりもリザーバ空部１６側に位置する浅溝供給部２８とから構成される。本実施形態では、狭窄部２７の長さＬ２７を１００μｍ、幅Ｗ２７を２０μｍに設定している。なお、これらの狭窄部２７及び浅溝供給部２８は、上記した浅溝部２０と同じ深さに作製される。即ち、これらの深さは、流路隔壁２５の高さＨ２５と同じである。
【００３１】
貫通孔部２１は、上記したように、第１貫通孔部２２と第２貫通孔部２３とから構成される。第１貫通孔部２２は、板厚方向に形成した垂直貫通孔部として構成され、浅溝部２０の先端部分、即ち、浅溝部２０内におけるリザーバ空部１６から最も離れた場所に形成される。この第１貫通孔部２２の開口形状もまた平行四辺形状である。これは、上記したように、シリコン単結晶板のエッチングによって作製していることによる。従って、第１貫通孔部２２の開口を構成する各辺の角度は、浅溝部２０と同じ角度となる。そして、この第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２は、浅溝部２０の幅Ｗ２０よりも小さく形成され、本実施形態では４０μｍである。ここで、第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２を浅溝部２０の幅Ｗ２０よりも狭くしたのは、第１貫通孔部２２同士に挟まれた部分（貫通孔隔壁部２９）の壁の厚さＷ２９をできる限り確保するためである。上記の例だと、貫通孔隔壁部２９の厚さＷ２９は３０．５μｍとなり、必要十分な剛性が得られる。言い換えると、当該貫通孔隔壁部２９について必要十分な剛性を得るには、第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２を、圧力室空部１５の形成ピッチの６０％以下に設定すればよいといえる。
【００３２】
また、この第１貫通孔部２２の開口は、圧力室長手方向（Ｙ方向）に細長くなっている。このように、圧力室長手方向に細長くしたのは、第１貫通孔部２２におけるイナータンスや流路抵抗を小さくするためである。上記したように、第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２は、第１貫通孔部２２同士を区画する貫通孔隔壁部２９の剛性確保の観点から制約を受け、圧力室空部１５の形成ピッチの６０％以下に設定される。この場合において、第１貫通孔部２２の開口長さＬ２２が短すぎると、第１貫通孔部２２におけるイナータンスや流路抵抗が過度に大きくなり、インク滴の吐出に支障を来す。そこで、第１貫通孔部２２を圧力室長手方向に拡大することによって、第１貫通孔部２２の断面積を拡げ、イナータンスや流路抵抗を適正化している。
【００３３】
ここで、第１貫通孔部２２を圧力室長手方向に拡大すると、これに伴って第１貫通孔部２２同士の間の貫通孔隔壁部２９もその面積が大きくなる。そして、貫通孔隔壁部２９が過度に大きくなってしまうと、上記の厚さ（３０．５μｍ）であっても必要な剛性が得られず、隣接クロストークの原因となる。このため、第１貫通孔部２２の開口長さをむやみに大きくすることはできない。この点を考慮し、本実施形態では、第１貫通孔部２２の開口長さＬ２２を１２０μｍに設定している。言い換えると、第１貫通孔部２２における開口幅Ｗ２２と開口長さＬ２２の比を１：３に設定している。この比率に設定することで、第１貫通孔部２２のイナータンスや流路抵抗を適度に小さくしつつ貫通孔隔壁部２９の剛性も確保できる。
なお、この観点で見た場合、第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２を４０μｍとした際における開口長さＬ２２の最適値は８０μｍ〜１６０μｍ（開口幅Ｗ２２と開口長さＬ２２の比が１：２〜１：４）である。
【００３４】
上記の第２貫通孔部２３は、板厚方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部として構成されている。この第２貫通孔部２３は、一端が浅溝部２０における供給側端部近傍に開口し、他端がノズル開口１４の配置位置及び第１貫通孔部２２のノズル側端部に開口するように形成されている。この第２貫通孔部２３の形成方向（基板表面に対する傾斜角度）は、一定角度に規制される。即ち、この第２貫通孔部２３もシリコンの結晶面で区画されているので、形成方向が必然的に定まる。なお、図５に示すように、第２貫通孔部２３の形成方向は、圧力室長手方向（Ｙ方向）を０度とし、板厚方向（Ｚ方向）を９０度とした場合において３５度となる。そして、第２貫通孔部２３を斜め貫通孔部としたのは、第２貫通孔部２３の流路長を最も短くすることができ、第２貫通孔部２３における流路抵抗やイナータンスを小さくできるからである。なお、浅溝部２０が扁平な流路であり、流路抵抗が第２貫通孔部２３よりも大きいことを勘案すると、第２貫通孔部２３の浅溝部側開口は、インク供給口１３に可及的に近接させる構成が好ましい。
【００３５】
この第２貫通孔部２３の開口形状も第１貫通孔部２２の開口と同様に平行四辺形状である。そして、この第２貫通孔部２３の開口幅Ｗ２３は、第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２よりも小さく形成され、本実施形態では２５μｍである。また、第２貫通孔部２３の開口長さＬ２３は１５０μｍである。なお、本実施形態において、第２貫通孔部２３は、斜め３５度に下り傾斜しているので、開口長さＬ２３が１５０μｍであっても、第２貫通孔部２３の断面積（インクの流れ方向に直交する断面）は２０μｍ×８６μｍとなる。一方、第１貫通孔部２２の断面積は、上記したように、４０μｍ×１２０μｍとなる。このように、第１貫通孔部２２の方が第２貫通孔部２３よりも断面積が広くなるため流路抵抗は小さくなる。
【００３６】
そして、第２貫通孔部２３の開口形状をこのように設定したのは、第１貫通孔部２２の流路抵抗を第２貫通孔部２３の流路抵抗よりも小さく設定しつつ隣接クロストークを防止するためである。
【００３７】
第１貫通孔部２２の流路抵抗を第２貫通孔部２３の流路抵抗よりも小さく設定したのは、圧力室１２内に入り込んだ気泡を容易且つ確実に除去するためである。この種の記録ヘッド１では、圧力室１２内に気泡が入り込んでしまうことがある。例えば、インク中に溶け込んでいる空気が集まって気泡となり、この気泡が入り込むことがある。また、インクカートリッジやインクパックの交換時に、接続部分に生じた気泡が入り込んでしまうこともある。そして、圧力室１２内に入り込んだ気泡は、ノズル開口１４側からインクを吸引する等によって除去されるが、この場合において、第２貫通孔部２３の流路抵抗を第１貫通孔部２２の流路抵抗よりも小さくしてしまうと、第２貫通孔部２３を流れるインクの量が第１貫通孔部２２を流れるインクの量よりも多くなってしまう。これにより、浅溝部２０内の気泡、特に浅溝部２０の先端部分に停留している気泡を除去することが困難になってしまう。
【００３８】
そして、第１貫通孔部２２の流路抵抗を第２貫通孔部２３の流路抵抗よりも小さくすると、第１貫通孔部２２のインク流量が第２貫通孔部２３のインク流量よりも多くなるので、圧力室１２の全体からみればインクの淀みを少なくすることができる。その結果、インクが淀み易い浅溝部先端についても、必要な流量を確保することができ、気泡を確実に排出することができる。なお、気泡を確実に排除するという観点からは、第１貫通孔部２２のインク流量と第２貫通孔部２３のインク流量の比が１：１以上、望ましくは２：１程度以上であればよいことが実験的に確認されている。
【００３９】
また、第２貫通孔部２３の開口幅Ｗ２３を第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２よりも狭くしたのは、隣接クロストークの発生を防止するためである。即ち、第２貫通孔部２３の開口幅Ｗ２３を第１貫通孔部２２の開口幅Ｗ２２よりも狭くしたことにより、隣り合う第２貫通孔部２３同士の間に位置する隔壁部の厚さは、上記の貫通孔隔壁部２９の厚さよりも厚くなる。その結果、第２貫通孔部２３同士の間の隔壁部に十分な剛性が確保でき、隣接クロストークの発生を防止できる。
【００４０】
そして、貫通孔部２１を第１貫通孔部２２と第２貫通孔部２３とで構成したことにより、第２貫通孔部２３が浅溝部２０の供給側端部とノズル開口１４との間を連通するので、浅溝部２０の深さを従来よりも低くして剛性を高めても、流路抵抗が過度に高くなることを防止できる。これにより、ノズル開口１４や圧力室１２を従来よりも高密度化しても、流路隔壁２５の変形に伴う隣接クロストークを防止できる。また、周波数応答特性についても、従来と同程度に高く維持できる。加えて、第２貫通孔部２３が流路基板１７の厚さ方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部であるので、第２貫通孔部２３の流路長を最も短くすることができ、流路抵抗やイナータンスを小さくすることができる。
【００４１】
なお、隣接クロストークの防止に関し、図５に示すように、浅溝部２０、第１貫通孔部２２、及び、第２貫通孔部２３によって囲われる領域には、三角形状の梁部３１が形成されている。そして、この梁部３１は、複数の圧力室１２（圧力室空部１５）に亘って一連に形成されているので、この梁部３１によって圧力室空部１５の変形を防止していると捉えることもできる。
【００４２】
次に、上記記録ヘッド１の製造方法について説明する。なお、この製造方法に関し、流路基板１７を除く各部材、即ち、ケース４、振動子ユニット５、振動板、ノズルプレート１９については、従来のものと同じ工程で作製される。このため、以下の説明では、流路基板１７を作製する流路基板作製工程について説明することにする。
【００４３】
この流路基板作製工程では、まず、先孔形成工程を行う。この先孔形成工程では、例えば、図７（ａ）に示すように、第１貫通孔部２２に対応する第１の先孔３２と、第２貫通孔部２３に対応する第２の先孔３３とを、シリコン単結晶板（素基板３４）に形成する。これらの先孔３２，３３は、レーザービーム加工によって形成される。ここで、第１貫通孔部２２は、板厚方向に形成される垂直貫通孔部であるのに対し、第２貫通孔部２３は、板厚方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部である。このように向きが異なる２つの流路を同時に形成するため、レーザービーム加工においては、第１の先孔３２を形成する際のビーム照射方向と、第２の先孔３３を形成する際のビーム照射方向とを異ならせている。具体的には、第１の先孔３２を形成する際のビーム照射方向は、シリコン単結晶板３４の表面に対して垂直方向とする。また、第２の先孔３３を形成する際のビーム照射方向は、素基板３４の表面に対して３５度の方向とする。
【００４４】
先孔形成工程を行ったならば、次に、貫通孔部形成工程を行う。この貫通孔部形成工程では、先孔を形成したシリコン単結晶板に対してエッチング加工を行う。即ち、先孔３２，３３を形成した素基板３４の表面に、第１貫通孔部２２の開口形状と第２貫通孔部２３の開口形状に対応したマスクを作製し、その後エッチング加工を行う。このエッチング加工により、先孔３２，３３が徐々に浸食されて拡がり、第１貫通孔部２２及び第２貫通孔部２３が形成される。
【００４５】
貫通孔部形成工程を行ったならば、浅溝部（インク供給口）形成工程を行う。この浅溝部形成工程では、第１貫通孔部２２及び第２貫通孔部２３を形成した素基板３４の表面に、浅溝部２０及びインク供給口１３（狭窄部２７，浅溝供給部２８）の形状に対応したマスクを作製し、その後、所望の深さとなるまでエッチング加工を行う。
【００４６】
浅溝部形成工程を行ったならば、切り離し工程を行う。この切り離し工程では、先孔形成工程や貫通孔部形成工程にて併せて作製したブレイクパターンに沿って素基板３４を破断し、複数の流路基板１７を得る。
【００４７】
以上で流路基板作製工程が終了する。そして、この工程では、先孔形成工程と貫通孔部形成工程においてエッチング加工を行っているが、このエッチング加工が浅溝部２０となる側の一面で管理できる。例えば、マスクパターンの作製等を一面で行えば足りる。従って、作業性が向上し、流路基板１７を効率よく作製できる。
【００４８】
ところで、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
【００４９】
流路基板１７に関し、上記実施形態では１枚のシリコン単結晶板によって構成していたが、複数の板材を接合して構成してもよい。この場合、図８に示すように、浅溝部２０及びインク供給口１３を形成する浅溝部基板４１と、貫通孔部２１を形成する貫通孔基板４２とに分けて構成することが好ましい。これは、このように分けることで、製造工程の自由度を高めることができ、製造を容易化できるためである。即ち、浅溝部基板４１と貫通孔基板４２とに分けると、浅溝部基板４１も貫通孔基板４２も貫通孔のみで構成することができるので、各基板の作製が容易になる。
【００５０】
この構成において、浅溝部基板４１と貫通孔基板４２を共にシリコンの単結晶板で作製しても良いし、各基板４１，４２を異なる素材で作製してもよい。そして、異なる素材で作製する場合、例えば、浅溝部基板４１を加工や取り扱いの容易なステンレス等の金属をプレス加工する等によって作製し、貫通孔基板４２をシリコン基板で作製する。なお、浅溝部基板４１は極く薄い板材となるため、ハンドリングが困難になる場合もあり得るが、この場合には浅溝部基板４１を厚手に作製し、貫通孔基板４２と接合した後に研磨加工等を行って薄くしてもよい。
【００５１】
また、図９に示すように、第１貫通孔部２２を、第２貫通孔部２３とは反対向きであって流路基板１７の厚さ方向に対して斜めに延在する斜め貫通孔部としてもよい。この場合、第１貫通孔部２２と第２貫通孔部２３のイナータンスを揃える構成が好ましい。具体的には、第１貫通孔部２２と第２貫通孔部２３の断面形状及び流路長を揃えて、ノズル開口１４に向かうＶ字状流路とする。このように構成すると、第１貫通孔部２２を流れるインクの流量と第２貫通孔部２３を流れるインクの流量とが揃い、インクの流れが円滑になって吐出効率を向上させることができる。
【００５２】
また、この構成では、島部３の長手方向中央をノズル開口１４の直上に位置付けている。このように構成すると、島部３を押圧した際におけるインク流の分かれ目（分水界）もノズル開口１４の直上に位置するので、インクの流れをより均等にすることができる。その結果、インクの流れをより円滑化できる。
【００５３】
なお、以上の説明は、圧力発生素子として縦振動モードの圧電振動子８を用いた記録ヘッド１を例示して行ったが、この記録ヘッド１に限定されない。圧力発生素子としては、この他に、たわみ振動モードの圧電振動子、静電アクチュエータ、圧電薄膜アクチュエータ、発熱素子、磁歪素子等を用いることができる。
【００５４】
また、本発明は、記録ヘッド１以外の液体噴射ヘッドにも適用できる。例えば、ディスプレー製造装置用の色材噴射ヘッド、電極製造装置用の電極材噴射ヘッド、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドにも適用できる。さらに、マイクロピペットにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 記録ヘッドの内部構造を説明する断面図である。
【図２】 流路ユニットの一部分を島部側から見た平面図である。
【図３】 図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】 流路基板の一部分を浅溝部側から見た平面図である。
【図５】 図４におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図６】 図５におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図７】 （ａ）〜（ｃ）は、流路基板作製工程を説明する図である。
【図８】 （ａ），（ｂ）は、流路基板を複数の基板で作製した例を説明する図である。
【図９】 第１貫通孔部を斜め貫通孔部とした例を説明する図である。
【符号の説明】
１…インクジェット式記録ヘッド，２…流路ユニット，３…島部，４…ケース，５…振動子ユニット，６…収納空部，７…固定板，８…圧電振動子，１１…リザーバ，１２…圧力室，１３…インク供給口，１４…ノズル開口，１５…圧力室空部，１６…リザーバ空部，１７…流路基板，１８…弾性板，１９…ノズルプレート，２０…浅溝部，２１…貫通孔部，２２…第１貫通孔部，２３…第２貫通孔部，２４…樹脂フィルム，２５…流路隔壁，２６…流路隔壁の突出部，２７…狭窄部，２８…浅溝供給部，２９…貫通孔隔壁部，３１…梁部，３２…第１の先孔，３３…第２の先孔，３４…素基板，４１…浅溝部基板，４２…貫通孔基板

Claims (7)

1. 圧力室となる圧力室空部を、隔壁を挟んで複数列設してなる流路基板と、前記流路基板の一方の面に接合され、個々の前記圧力室空部に対応して設けられ該圧力室空部内に臨む状態で形成されたノズル開口を有するノズルプレートと、
   前記流路基板の前記ノズルプレートとは反対側の面に、前記圧力室空部における開口を塞ぐ弾性板と、
   該弾性板に個々の前記圧力室に対応する島部を介して接続されて、個々の前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子と、を有し、
   前記圧力室内の液体に生じた圧力変動を利用することで、前記ノズル開口から液滴を吐出可能に構成した液体噴射ヘッドにおいて、
   前記圧力室空部は、圧力室の全長に亘って形成されて、その一端が液体供給口を介してリザーバに連通された浅溝部と、前記流路基板を貫通して前記浅溝部と前記ノズル開口との間を連通する貫通孔部とを有し、
   該貫通孔部を、前記液体供給口とは反対側の浅溝部先端側と前記ノズル開口との間を連通する第１貫通孔部と、前記液体供給口側の浅溝部基端側と前記ノズル開口との間を連通する第２貫通孔部とから構成し、
   前記第１貫通孔部と前記第２貫通孔部とが、前記ノズル開口に向かってV字を形成するよう流路基板の厚さ方向に対して斜めに延在し、
   さらに前記圧力発生素子の上部から見たとき、前記島部の中央の位置が、前記ノズル開口の位置と一致することを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記流路基板は、前記浅溝部を形成する浅溝部基板と、前記貫通孔部を形成する貫通孔基板とを含む複数の基板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記貫通孔部の幅を、前記浅溝部の幅より狭く設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記貫通孔部の高さを、前記浅溝部の高さよりも高く設定したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記第１貫通孔部のイナータンスと前記第２貫通孔部のイナータンスとを揃えたことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記圧力発生素子が圧電振動子であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記流路基板がシリコン単結晶板によって作製されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の液体噴射ヘッド。

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